基于增材制造技术的砂型优化设计和应用研究

郎晨智，姚 山，童 强，刘文文

（大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁 大连 116023）

关键字：增材制造；3D 打印；砂型设计；砂型镂空；离心泵壳

增材制造又称3D 打印，其原理是将CAD 模型切割成不同的层，根据每一层的轮廓，利用计算机数控方法一层层加工，将加工的层依次堆积起来，实现了从计算机CAD 模型直接成型零件，生产效率得到极大的提高[1,2]。该技术的另一个优点就是造型任意，能实现一些依靠传统方法无法加工的复杂结构制造。因其高效率、无模化、高柔性的特点，该技术已被广泛应用于航空航天、核工业、医疗、汽车、模具制造等领域[3,4]。

但是目前关于砂型优化的研究相对较少，现实生产中使用的打印砂型，大部分继承了传统翻模砂型的设计理念，模型为规则实心结构，未充分发挥3D 打印无模化、造型任意的技术优势，造成效率和材料的浪费，这不符合绿色制造和智能制造的发展要求。本文以一种离心泵体砂型为例，探讨一种砂型优化设计思路，通过砂型镂空设计实现了砂型的轻量化，提高打印效率，减少材料浪费。镂空设计还有利于控制浇注过程中的砂型散热，为实现铸件的组织控制和晶粒细化提供了可能性。设计还充分发挥砂型造型任意的优势，进行了砂型一体化设计，能减少组型带来的尺寸误差，从而更好保证了尺寸精度要求较高且内部结构复杂铸件的生产。除此之外，针对传统铸造砂型排气不畅的问题，本文提出了随形气道的设计思路，尤其适用于那些砂芯被金属液完全包覆的场景。……